Mantenimiento del Sistema de Refrigeración

El mantenimiento del sistema de refrigeración de los motores diesel pesados requiere además de la verificación de funcionamiemto de sus componentes; la limpieza periódica del sistema y la utilización de una mezcla adecuada en la composición del líquido refrigerante que permita transferir adecuadamente la temperatura generada por la combustión y que brinde protección a todos lo elementos del sistema. La mayor parte de los fabricantes de equipo original recomiendan generalmente para sus motores con camisas reemplazables (camisas húmedas), utilizar una mezcla en una proporción de 50/50 de agua destilada y un anticongelante que cumpla las especificaciones para estos motores. Adicionalmente se debe agregar aditivos suplementarios para el control de la acidez con un promedio de 3 a 6 % de acondicionador para prevenir la corrosión. Esta proporción puede variar cuando las condiciones climáticas lo ameriten.

Los anticongelantes (anti-freeze) que forman parte de la mezcla recomendada para ser utilizada en el sistema de enfriamiento son indispensables para el óptimo funcionamiento del sistema debido a sus características. Estos ofrecen las siguientes ventajas: aumenta la temperatura de ebullición; disminuye la temperatura congelamiento; protege contra corrosión; lubrica la bomba de agua y otros sellos. Uno de los errores más comunes es creer que la única cualidad del anticongelante es evitar el congelamiento del líquido refrigerante y no tomar en cuenta sus otras ventajas. Por ello es que se recomienda utilizarse aún cuando el motor no funcione a temperaturas bajo cero. La integridad y limpieza del sistema de refrigeración, la temperatura y la presión de operación, son factores primordiales para prolongar la duración de las camisas y del motor en general. No se recomienda utilizar aditivos selladores ni aceites solubles en el sistema de enfriamiento ya que estos pueden obstruir los filtros; taponear el radiador y los enfriadores; dañar los termostatos, mangueras y sellos; y corroer el latón y el cobre.

A continuación enumeramos detalles acerca de los principales componentes del sistema de refrigeración: su función, características, recomendaciones de verificación y mantenimiento.

Bomba de agua: La bomba de agua provee circulación contínua del refrigerante cada vez que el motor gira y por ende está expuesta a problemas relacionados al sellado, principalmente cuando su sello se daña, ocasionando fugas del líquido hacia el exterior. Entre las causas principales de daños en los sellos de la bomba se encuentran: falta de lubricación, contaminantes abrasivos en el sistema por falta de control de la oxidación o por mala filtración; y movimiento excesivo del eje por daño en los rodamientos. A su vez, este daño en los rodamientos es provocado en gran parte por el ajuste excesivo de las correas de tensión. Hay que tomar en cuenta que la bomba de agua, tanto su carcasa, y en algunos casos su turbina (propela) son de hierro fundido por lo que están expuestas a la oxidación y cavitación.

Ventilador: El ventilador introduce a la fuerza el aire alrededor de los tubos del radiador para transferir el calor hacia afuera del refrigerante y bajar a temperatura. Los ventiladores se impulsan con polea desde el cigüeñal. Algunos de ellos están colocados sobre dispositivos que desconectan su accionar permanente con la finalidad de disminuir la pérdida de potencia del motor. Sensores de temperatura determinan su conexión en forma automática únicamente en rangos predefinidos de temperatura.

Se recomienda verificar la condición de la tapa del radiador en forma periódica o cuando se presente un problema de sobrecalentamiento en el motor del vehículo. La tapa del radiador tiene una capacidad en presión determinada por lo que no se debe utilizar siempre la tapa con la presión recomendada para no poner en riesgo la vida del motor.

Enfriadores de Aceite: La función de los enfriadores de aceite es mantener la temperatura del motor, la transmisión y el aceite hidráulico. Hay dos tipos básicos: de aceite a refrigerante y de aceite a aire. 

Termostato: Es el encargado de controlar la temperatura del motor a partir del direccionamiento del flujo del líquido refrigerante a los conductos y galerías del motor, enfriador y radiador. Este funciona mediante la expansión y contracción de una válvula que sella o permite el paso del flujo dependiendo de la temperatura y de la graduación especificada. En su mayor parte contienen parafina encapsulada que se expande al aumentar la temperatura, esta a su vez empuja un disco que permite el paso del fluido. Cuando el fluido baja su temperatura un resorte regresa el disco a su posición inicial cerrando el paso.

Cuando el motor está frío, el termostato permite circular el refrigerante sólo por el motor, desviándolo del radiador (para ayudar a mantener caliente el motor). Cuando el motor está a la temperatura de operación adecuada, el termostato se abre para permitir que el refrigerante fluya a través del radiador (de este modo se efectúa el enfriamiento). El termostato se abre y se cierra continuamente, a medida que cambia la temperatura.

Estas características le permiten ayudar al motor a calentar más rápida y uniformemente durante el arranque en frío; y a mantener rangos de temperatura adecuados durante la operación normal evitando cambios bruscos que podrían dañar componentes vitales como culatas de cilindro, pistones, anillos y cojinetes.

Siendo un componente metálico muy preciso en su funcionamiento, diseño y construcción, también está expuesto a problemas de mal funcionamiento por oxidación y/o falta de lubricación por lo que se debe de tomar en cuenta las características y limpieza del líquido refrigerante para evitar problemas relacionados el termostato.

Es común observar como algunos mecánicos y usuarios eliminan el termostato para disminuir la temperatura de operación del motor en casos que se presenten problemas de alta temperatura sin percatarse de los graves problemas de operar el motor en rangos bajos. Dentro de estas consecuencias podemos mencionar: aumento de la cavitación de camisas de cilindro, generación de ácidos sulfúricos y deterioro y/o daño severo a pistones y culatas por cambios bruscos de temperatura.

Problemas relacionados con el mal mantenimiento del sistema de refrigeración

Por ser este sistema vital para el buen funcionamiento del motor, la ausencia o el incorrecto mantenimiento del sistema de refrigeración puede generar una serie de problemas tanto en el corto como en el mediano plazo entre los cuales podemos resaltar el sobrecalentamiento, las fugas de líquido refrigerante, y el deterioro de componentes vitales como el termostato, la bomba de agua y principalmente los componentes de cilindro. Tanto los fabricantes de motores como de repuestos han dedicado muchos años y esfuerzo al análisis de fallas relacionados al mal mantenimiento y principalmente al deterioro de las camisas de cilindro por causa del fenómeno conocido como cavitación, que deteriora la superficie exterior que está en contacto con el refrigerante durante la operación.

SISTEMA DE ENFRIAMIENTO

SISTEMA DE ENFRIAMIENTO

el sistema de enfriamiento es un sistema constituido de partes y refrigerante que trabajan juntos para controlar la temperatura de operación del motor y obtener un óptimo desempeño. El sistema tiene conductos dentro del monoblock y cabezas del motor, una bomba de agua y la banda que la impulsa para que circule el refrigerante, un termostato para controlar la temperatura del refrigerante, un radiador para enfriar el refrigerante, un tapón de radiador para mantener la presión en el sistema y mangueras para conducir el refrigerante del motor al radiador.

El líquido que fluye a través del sistema refrigerante, anticongelante o comúnmente referido como refrigerante, soporta temperaturas extremas de calor y frío, contiene inhibidores de corrosión y lubricantes para mantener el sistema trabajando en optimas condiciones.

El refrigerante inicia su circulación en la bomba de agua. El impulsor de la bomba de agua utiliza la fuerza centrífuga para hacer circular refrigerante del radiador e impulsarlo al monoblock del motor. Las bombas usualmente son impulsadas por la banda de tiempo o cadena de tiempo. Ahora en día, inclusive hay bombas impulsadas por electricidad. Si la bomba de agua experimenta una fuga por el sello, una fractura en el cuerpo, un impulsor roto o un mal funcionamiento del balero, esto podrá afectar todo el sistema refrigerante ocasionando que el vehículo se sobre-caliente.

Mientras que el refrigerante fluye por el sistema, absorbe el calor del motor antes de llegar al termostato. El termostato es una válvula que mide la temperatura del refrigerante y abre para permitir que el fluido caliente viaje al radiador. Si el termostato se ‘pega’ o deja de funcionar, afectará todo el sistema refrigerante.
Motores enfriados por aire

Los motores enfriados por aire están equipados con aletas metálicas en el exterior de los cilindros y la culata para irradiar el calor del motor al aire circundante. Los cilindros suelen estar separados entre sí para permitir la libre circulación del aire alrededor de ellos. Se utiliza un ventilador para producir un flujo forzado y ductos para llevar el aire a los cilindros; éstos se encuentran rodeados por tolvas (bóvedas) metálicas para dirigir el aire a través de las aletas en los cilindros y culatas.



En la figura, se ilustra el sistema de enfriamiento de un motor de dos cilindros. El ventilador en la parte delantera del motor se impulsa con dos bandas en V para producir flujo axial de aire; éste entra por el frente del ventilador y sus aspas en rotación lo envían hacia el motor. Hay tolvas y placas desviadoras dispuestas de modo de dirigir el aire entre las aletas en los cilindros y las culatas para disipar el calor.

En ésta figura, se muestra un motor V-8, en un corte que permite ver las piezas internas del motor. El ventilador está montado en el frente del motor en un lugar en el cual envía el aire a lo largo de la V entre los dos bancos de cilindros. Unas tolvas de lámina en la parte superior del motor rodean los cilindros y retienen el aire de modo que sólo pueda escapar rodeando los cilindros en cada lado del motor. Con ello,el aire frío pasa sobre las aletas en los cilindros y culatas arrastra el calor y enfría el motor.
El motor ilustrado tiene ventilador con control hidráulico, que permite controlar el volumen de aire del ventilador con la variación de la velocidad, y, esto, a su vez, controla la temperatura del motor.
El ventilador se impulsa con un eje mediante un acoplamiento hidráulico con control termostático para variar la velocidad del mismo. Durante el funcionamiento, el aceite del sistema de lubricación se conduce por el tubo por el termostato y, luego, por el tubo para aceite de control para enviar aceite al acoplamiento hidráulico. El aceite también pasa por un filtro centrífugo y retorna al depósito (cárter) por el tubo de retorno de aceite.
El acoplamiento hidráulico consta de un elemento impulsor conectado con el eje de impulsión del ventilador y un elemento impulsado conectado con el ventilador. Ambos elementos tienen aspas y están dentro de una cubierta llena con aceite. El termostato controla el paso de aceite al acoplamiento hidráulico y, por tanto, la velocidad del ventilador.
El termostato es sensible a la temperatura del aire por medio del tubo para aire y también a los de los gases del escape.
En el cubo del ventilador se incluyen filtros centrífugos para el aceite. La alta velocidad de rotación del ventilador se emplea para filtrar el aceite del motor. La fuerza centrífuga lanza las partículas de sólidos en el aceite contra el interior de la tasa de filtro y se eliminan del aceite antes de que retorne al depósito.

Líquido refrigerante

El líquido refrigerante es la solución que circula por las camisas de agua del motor. Consiste en una mezcla de agua con aditivos químicos especiales para proteger el sistema de enfriamiento y el motor. El líquido refrigerante tiene una función muy importante y debe cumplir con los siguientes requisitos:
1. Producir transferencia adecuada de calor.
2. Evitar la corrosión.
3. Evitar la formación de incrustaciones, herrumbre y depósitos.
4. Ser compatible con los sellos y mangueras.
5. Proteger contra la congelación en climas muy fríos.
Aunque el agua simple permite la transferencia del calor, se necesita agregar inhibidores de corrosión para evitar la corrosión y la formación de incrustaciones en el sistema de enfriamiento. Para climas muy fríos, también se emplean anticongelantes para impedir que se congele el agua.

Inhibidores de corrosión

Los inhibidores de corrosión (anticorrosivos) son compuestos solubles en agua que protegen las superficies metálicas del sistema de enfriamiento contra un ataque corrosivo. Los productos inhibidores disponibles en el comercio, que son una combinación de productos químicos, protegen contra la corrosión, controlan el ph y suavizan el agua.

Soluciones anticongelantes

Se necesitan soluciones anticongelantes para que el agua no se congele a temperaturas menores de O°C. Si se congela el agua simple en el motor, la fuerza de expansión, con frecuencia puede agrietar el bloque de cilindros y radiador. El anticongelante mezclado con el agua impide la congelación. Un buen anticongelante se debe mezclar con facilidad con el agua, evitar la congelación de la mezcla a la temperatura más baja que se espere, y debe circular con libertad. No debe producir corrosión en el sistema de enfriamiento ni perder sus propiedades después de un largo tiempo de uso.

Tapón de presión para el radiador

A fin de mejorar la eficiencia del enfriamiento y evitar las pérdidas por evaporación y derrames, se utiliza un tapón de presión en el radiador de muchos vehículos.

A nivel del mar y presión atmosférica, el agua hierve a 100°C. A mayores altitudes, en que la presión atmosférica es menor, el agua hervirá a temperaturas más bajas.
Con presiones altas se aumenta la temperatura de ebullición del agua. Por cada 10 kPa adicionales, el punto de ebullición aumenta alrededor de 2°C. El empleo del tapón de presión en el radiador aumenta la presión dentro del sistema de enfriamiento, con lo cual el líquido circula a temperaturas más altas sin que haya ebullición. El líquido pasa del motor al radiador a una temperatura más alta; la diferencia en temperatura entre el líquido que hay dentro del radiador y el aire que lo circunda es más grande, con lo cual mejora la transferencia del calor.

Funcionamiento del tapón 

El tapón de presión se coloca en el tubo o cuello llenador del radiador y produce un sello hermético alrededor de los bordes. El tapón tiene dos válvulas, una de presión y una de vacío.

La válvula de presión consiste en una válvula mantenida contra un asiento mediante un resorte calibrado. El resorte mantiene cerrada la válvula para que se produzca presión en el sistema de enfriamiento. Si la presión aumenta a más de la especificada para el sistema, la válvula de presión se levanta de sus asiento y descarga el exceso de presión.
La válvula de vacío está destinada a impedir la formación de un vacío dentro del sistema de enfriamiento cuando se para el motor y empieza a enfriarse. Si se forma una vacío, la presión atmosférica en el exterior hace que se abra la válvula de vacío y que entre aire en el radiador. Sin la válvula de vacío, la presión dentro del radiador podría reducirse al grado de que la presión atmosférica ocasionaría la contracción o aplastamiento de las mangueras y, probablemente, del radiador.

Radiador

El radiador es un intercambiador de calor que permite transferir el calor del líquido refrigerante del motor al aire, más frío, que pasa a través del mismo. Consta de un tanque superior y uno inferior, con el núcleo (panal) entre ellos. El núcleo tiene dos secciones separadas: El líquido para por una y el aire por la otra.

En la figura se ilustran dos construcciones diferentes de núcleo de radiador. En el tipo de tubos y aletas centrales (a), se emplean tubos verticales para el líquido con aletas en forma de tiras sujetas en cada lado de los tubos. En la construcción de aletas y tubos (b), se emplean aletas horizontales. En la segunda figura, se puede observar este tipo de núcleo tiene mayor superficie de aletas y, por tanto, más capacidad de enfriamiento. El líquido refrigerante pasa de la parte superior a la inferior del radiador. El aire pasa del frente hacia la parte posterior del radiador en casi todas instalaciones y absorbe el calor en las aletas; éstas, a su vez, absorben calor del líquido que baja por los tubos. En esta forma, se reduce la temperatura del líquido refrigerante.